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大規(guī)模太陽(yáng)能日照跟蹤技術(shù)的研究

2013-03-02 09:41

　　2 原有技術(shù)造成的障礙與困難

　　1）原理性的缺陷阻礙了跟蹤精度的提升

　　“有源驅(qū)動(dòng)式”的跟蹤技術(shù)，都是基于系統(tǒng)的輸入／輸出響應(yīng)，通過反饋控制效果分析，在“超調(diào)”與“欠調(diào)”之間不斷擺動(dòng)逐漸趨于目標(biāo)值的。這對(duì)反射角精度十分敏感的塔式遠(yuǎn)距離反射式聚光來講是不可接受的。這一原理性缺陷，使得至今為止所有的努力都?xì)w于白費(fèi)，這就是不論怎樣加大技術(shù)含量和成本投入都不可能徹底解決超大規(guī)模塔式聚光的光斑晃動(dòng)問題的根本所在，因此嚴(yán)重限制了其定日?qǐng)鼋ㄔO(shè)的規(guī)模。如圖9、10：

　　圖10 塔式聚光光斑晃動(dòng)脫離靶標(biāo)

　　2）技術(shù)性的缺陷造成了不可回避的矛盾伺服傳動(dòng)部件本身的材料彈性變形也足以擾亂大作用力下的數(shù)字化的微調(diào)控制及精度穩(wěn)定。

　　受設(shè)備結(jié)構(gòu)條件等的影響，風(fēng)載荷也將嚴(yán)重影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和聚光效果，如圖10。

　　3）大規(guī)模實(shí)施運(yùn)用的成本急劇增加

　　一般大型太陽(yáng)能電站的采光面積都應(yīng)在幾十萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)平米，當(dāng)跟蹤設(shè)備的尺寸增大時(shí)就會(huì)遇到兩個(gè)不可逾越的障礙：⑴、采光設(shè)施的自身重量將大大增加（單機(jī)將達(dá)十幾噸～數(shù)百噸）；⑵、著風(fēng)面積顯著增大，導(dǎo)致跟蹤負(fù)荷嚴(yán)重增加。大規(guī)模重載荷運(yùn)行必然要急劇增加伺服能量和相應(yīng)的技術(shù)手段，由此帶來的成本激增等問題也越發(fā)突出。如前所述，“有源驅(qū)動(dòng)式”的跟蹤技術(shù)，伺服馬達(dá)不僅是精確控制命令的執(zhí)行者，同時(shí)也是系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)力的提供者�？梢韵胂笕绱酥匾慕巧�，大規(guī)模塑造它的成本將會(huì)是什么樣的水平？因此形成“規(guī)模↑→能耗↑→成本↑→規(guī)模↓”的“死循環(huán)”怪圈。這就是大規(guī)模跟蹤日照的技術(shù)方案不易實(shí)施的根本原因。從這一點(diǎn)上來講，它阻塞了日照跟蹤技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用就必須進(jìn)一步降低成本、提高精度的途徑，造成太陽(yáng)能的采光環(huán)節(jié)成本高、效益低，實(shí)際上不可行。在這里涉及了構(gòu)成運(yùn)營(yíng)成本的兩個(gè)主要因素：

　�。�1）大型重載荷設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)力來源問題；

　�。�2）大功率伺服控制能量的精準(zhǔn)供給問題；

　　4）跟蹤設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本高，使用壽命短大面積的日照采光，跟蹤設(shè)備都是工作在重載荷、超低速的狀態(tài)——接近于靜止，而設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)力來源卻必須是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服馬達(dá)（因?yàn)橹挥懈咚亳R達(dá)才能夠提供和保證足夠的伺服動(dòng)力和精度）。顯然在重載荷條件下，如此高的“變速比”是造成設(shè)備關(guān)鍵部件很快磨損失效的根本原因。因此，一般日照跟蹤設(shè)備只能在野外風(fēng)沙環(huán)境中有效運(yùn)行2～3 年就要報(bào)廢或更新，因而得不償失，是大型太陽(yáng)能電站不可承受的負(fù)擔(dān)。以至于目前所有的大型普通光伏電站都放棄了日照跟蹤的技術(shù)方案（如圖2），造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。一些已建或在建的其它形式的太陽(yáng)能項(xiàng)目也都是宣傳、示范意義大于實(shí)際意義，都沒有真正達(dá)到工業(yè)化、商業(yè)化的運(yùn)營(yíng)目的。